KR20140135402A - Semiconductor memory device and operating method thereof - Google Patents

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박정호
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Abstract

A semiconductor memory device and an operating method thereof according to an embodiment of the present invention stably maintain a cell current by performing the erase operation of pipe cells and prevent a disturbance phenomenon due to the degradation of the pipe cell by the repetition of a program operation.

Description

반도체 메모리 장치 및 그것의 동작 방법{Semiconductor memory device and operating method thereof}≪ Desc / Clms Page number 1 > Semiconductor memory device and operating method thereof &

본 발명은 전자기기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 메모리 장치 및 반도체 메모리 장치의 동작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic apparatus, and more particularly, to a semiconductor memory device and a method of operating the semiconductor memory device.

반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 메모리 장치(Volatile memory device)와 불휘발성 메모리 장치(Nonvolatile memory device)로 구분된다. Semiconductor memory devices are classified into a volatile memory device and a nonvolatile memory device.

휘발성 메모리 장치는 쓰기 및 읽기 속도가 빠르지만 전원 공급이 차단되면 저장된 데이터가 소실된다. 불휘발성 메모리 장치는 쓰기 및 읽기 속도가 상대적으로 느리지만 전원 공급이 차단되더라도 저장된 데이터를 유지한다. 따라서 전원 공급 여부와 관계없이 유지되어야 할 데이터를 저장하기 위해 불휘발성 메모리 장치가 사용된다. 불휘발성 메모리 장치에는 ROM(Read Only Memory), MROM(Mask ROM), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash memory), PRAM(Phase change Random Access Memory), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM) 등이 있다. 플래시 메모리는 노어 타입과 낸드 타입으로 구분된다.Volatile memory devices have fast write and read speeds, but stored data is lost when the power supply is interrupted. A non-volatile memory device maintains stored data even if the write and read rates are relatively slow, but the power supply is interrupted. Therefore, a nonvolatile memory device is used to store data to be maintained regardless of power supply. A nonvolatile memory device includes a ROM (Read Only Memory), an MROM (Mask ROM), a PROM (Programmable ROM), an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), a Flash memory, Random Access Memory (MRAM), Resistive RAM (RRAM), and Ferroelectric RAM (FRAM). Flash memory is divided into NOR type and NOR type.

플래시 메모리는 데이터의 프로그램과 소거가 자유로운 RAM의 장점과 전원 공급이 차단되어도 저장된 데이터를 보존할 수 있는 ROM의 장점을 가진다. 플래시 메모리는 디지털 카메라, PDA(Personal Digital Assistant) 및 MP3 플레이어와 같은 휴대용 전자기기의 저장 매체로 널리 사용되고 있다.Flash memory has the advantages of RAM, which is free to program and erase data, and ROM, which can save stored data even when power supply is cut off. Flash memories are widely used as storage media for portable electronic devices such as digital cameras, PDAs (Personal Digital Assistants) and MP3 players.

메모리의 집적도를 높이기 위해서는 메모리 소자의 사이즈를 줄여야 한다. 반도체 재료나 공정 조건 등의 이유로 인해 메모리 소자의 사이즈를 줄이는데 한계가 있다. 최근에, 메모리 소자를 3차원 구조로 제조하는 방안이 제안되고 있다. 3차원 구조의 반도체 메모리 장치에서는 셀 커런트(cell current)가 감소되기 때문에 셀 커런트를 안정적으로 유지하는 것이 바람직하다.In order to increase the degree of integration of the memory, the size of the memory device must be reduced. There are limitations in reducing the size of the memory device due to reasons such as semiconductor materials and process conditions. Recently, a method of manufacturing a memory element in a three-dimensional structure has been proposed. In a semiconductor memory device having a three-dimensional structure, since cell current is reduced, it is desirable to stably maintain the cell current.

본 발명의 실시예는 셀 커런트를 안정적으로 유지할 수 있는 반도체 메모리 장치 및 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a semiconductor memory device capable of stably maintaining a cell current and a method of operating the semiconductor memory device.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 파이프 셀 및 상기 파이프 셀로부터 수직방향으로 비트라인과 상기 파이프 셀 사이 그리고 소스라인과 상기 파이프 셀 사이에 직렬로 배열된 메모리 셀들을 포함하고 U자형의 3차원 구조로 이루어진 채널층을 갖는 메모리 스트링, 및 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하도록 구성된 주변회로를 포함할 수 있다.A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a pipe cell and memory cells arranged in series between the bit line and the pipe cell in the vertical direction from the pipe cell and between the source line and the pipe cell, A memory string having a channel layer made of a two-dimensional structure, and a peripheral circuit configured to perform an erase operation of the pipe cell.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 파이프 셀 및 상기 파이프 셀로부터 수직방향으로 비트라인과 상기 파이프 셀 사이 그리고 소스라인과 상기 파이프 셀 사이에 직렬로 배열된 메모리 셀들을 포함하고 U자형의 3차원 구조로 이루어진 채널층을 갖는 메모리 스트링이 제공되는 단계, 및 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention includes a pipeline cell and memory cells arranged in series between the bit line and the pipeline cell in the vertical direction from the pipeline cell and between the source line and the pipeline cell, Providing a memory string having a channel layer of a three-dimensional structure that is shaped like a column, and performing an erase operation of the pipe cell.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치 및 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 파이프 셀들의 소거 동작을 수행함으로써 셀 커런트를 안정적으로 유지할 수 있고, 프로그램 동작의 반복 수행으로 인해 파이프 셀이 열화되어 발생하는 디스터번스 현상을 해결할 수 있다. 따라서 데이터 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The semiconductor memory device and the method of operating the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention can stably maintain the cell current by performing the erase operation of the pipe cells, The phenomenon can be solved. Therefore, data reliability can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 메모리 블록에 포함되는 메모리 스트링을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 도 2의 회로를 구현한 메모리 블록의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 메모리 스트링의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템을 간략히 보여주는 블록도이다.
도 8은 앞서 설명된 다양한 실시예들에 따라 프로그램 동작을 수행하는 퓨전 메모리 장치 또는 퓨전 메모리 시스템을 간략히 보여주는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 장치를 포함한 컴퓨팅 시스템을 간략히 보여주는 블록도이다.
1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram for explaining a memory string included in the memory block shown in FIG.
3 is a perspective view illustrating a structure of a memory block implementing the circuit of FIG.
4 is a cross-sectional view illustrating the operation of the memory string shown in FIG.
5 is a waveform diagram for explaining a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram for explaining a method of operating a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.
7 is a simplified block diagram of a memory system in accordance with an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram briefly showing a fusion memory device or a fusion memory system that performs program operation in accordance with various embodiments described above.
9 is a block diagram briefly showing a computing system including a flash memory device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시된 메모리 블록에 포함되는 메모리 스트링을 설명하기 위한 회로도이다. 1 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 2 is a circuit diagram for explaining a memory string included in the memory block shown in FIG.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 다수의 메모리 블록들(110MB)을 포함하는 메모리 어레이(110), 메모리 블록의 선택된 페이지에 포함된 메모리 셀들 및 파이프 셀들의 소거동작과 소거 검증동작을 수행하도록 구성된 주변 회로(PERI)를 포함한다. 주변회로(PERI)는 제어회로(120), 전압 공급 회로(130), 페이지 버퍼 그룹(140), 컬럼 선택 회로(150), 및 입출력 회로(160)를 포함한다.The semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention performs the erase operation and the erase verify operation of the memory array 110 including the plurality of memory blocks 110MB, the memory cells included in the selected page of the memory block, Gt; PERI < / RTI > The peripheral circuit PERI includes a control circuit 120, a voltage supply circuit 130, a page buffer group 140, a column selection circuit 150, and an input / output circuit 160.

메모리 블록은 메모리 스트링들을 포함한다. 각 메모리 스트링은 파이프 셀 및 파이프 셀로부터 수직방향으로 비트라인과 파이프 셀 사이 그리고 소스라인과 파이프 셀 사이에 직렬로 배열된 메모리 셀들을 포함하고 U자형의 3차원 구조로 이루어진 채널층을 갖는다. The memory block includes memory strings. Each memory string has a channel layer comprising a U-shaped three-dimensional structure including memory cells arranged in series between the bit line and the pipe cell and between the source line and the pipe cell in the vertical direction from the pipe cell and the pipe cell.

도 2를 참조하면, 일반적인 메모리 스트링은 드레인이 비트라인(BL)과 연결되는 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST), 소스가 소스 라인(SL)과 연결되는 소스 셀렉트 트랜지스터(SST), 셀렉트 트랜지스터들(드레인 셀렉트 트랜지스터 및 소스 셀렉트 트랜지스터) 사이에 직렬로 연결된 다수의 메모리 셀들(C1~C8)을 포함한다. 여기서, 메모리 셀들의 개수는 설계에 따라 변경될 수 있으며, 이하에서는 메모리 셀들이 8개인 경우를 예로써 설명하기로 한다. 2, a general memory string includes a drain select transistor DST having a drain connected to the bit line BL, a source select transistor SST having a source connected to the source line SL, And a plurality of memory cells (C1 to C8) connected in series between the source and the drain of the memory cell array. Here, the number of memory cells may be changed according to the design, and a case where eight memory cells are described below will be described as an example.

3차원 구조의 메모리 스트링의 중간에 위치하는 한쌍의 메모리 셀들(C4, C5) 사이에 파이프 셀(PC)가 연결된다. 따라서, 메모리 스트링에 포함된 메모리 셀들(C1~C8) 중 일부 메모리 셀들(C1~C4)은 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)와 파이프 셀(PC) 사이에 직렬로 연결되어 제1 메모리 그룹을 구성하고, 나머지 메모리 셀들(C5~C8)은 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)와 파이프 셀(PC) 사이에 직렬로 연결되어 제2 메모리 그룹을 구성한다. A pipe cell PC is connected between a pair of memory cells C4 and C5 located in the middle of the memory string of the three-dimensional structure. Accordingly, some memory cells (C1 to C4) of the memory cells (C1 to C8) included in the memory string are connected in series between the source select transistor (SST) and the pipe cell (PC) to constitute a first memory group, The remaining memory cells C5 to C8 are connected in series between the drain select transistor DST and the pipe cell PC to constitute a second memory group.

파이프 셀(PC)는 기판에 형성된다. 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)와 제1 메모리 그룹의 메모리 셀들(C1~C4)은 기판으로부터 수직 방향으로 비트라인(BL)과 파이프 셀(PC) 사이에 직렬로 배열된다. 소스 셀렉트 트랜지스터(SST)와 제2 메모리 그룹의 메모리 셀들(C5~C8)은 기판으로부터 수직 방향으로 소스 라인(SL)과 파이프 셀(PC) 사이에 직렬로 배열된다. 제1 메모리 그룹의 메모리 셀들(C1~C4)과 제2 메모리 그룹의 메모리 셀들(C5~C8)의 수는 동일한 것이 바람직하다. 메모리 셀들(C1~C8)에 수직으로 배열됨에 따라 메모리 셀들(C1~C8)의 채널 방향은 기판과 수직 방향이 된다. 그리고 메모리 스트링의 메모리 셀들(C1~C8)이 제1 및 제2 메모리 그룹들로 나누어짐에 따라, 하나의 스트링에는 기판으로부터 수직한 2개의 수직 채널층을 포함하게 된다. A pipe cell (PC) is formed on the substrate. The drain select transistor DST and the memory cells C1 to C4 of the first memory group are arranged in series between the bit line BL and the pipe cell PC in the vertical direction from the substrate. The source select transistor SST and the memory cells C5 to C8 of the second memory group are arranged in series between the source line SL and the pipe cell PC in the vertical direction from the substrate. The number of memory cells (C1 to C4) in the first memory group and the number of memory cells (C5 to C8) in the second memory group are preferably the same. As the memory cells C1 to C8 are arranged vertically, the channel direction of the memory cells C1 to C8 is perpendicular to the substrate. As the memory cells C1 to C8 of the memory string are divided into the first and second memory groups, one string includes two vertical channel layers vertical from the substrate.

여기서, 파이프 셀(PC)는 메모리 셀들(C1~C8)과 동일한 구조를 가지며 제1 메모리 그룹의 메모리 셀들(C1~C4)의 채널 영역과 제2 메모리 그룹의 메모리 셀들(C5~C8)의 채널 영역을 전기적으로 연결시켜주는 동작을 수행한다. The pipe cell PC has the same structure as the memory cells C1 to C8 and has a channel region of the memory cells C1 to C4 of the first memory group and a channel region of the memory cells C5 to C8 of the second memory group Thereby electrically connecting the regions.

주변회로(PERI)는 채널층으로 핫홀을 공급하여 메모리 셀들 및 파이프 셀들의 소거 동작을 수행하도록 구성된다.The peripheral circuit PERI is configured to supply a hot hole to the channel layer to perform an erase operation of the memory cells and the pipe cells.

제어회로(120)는 외부로부터 입출력 회로(160)를 통해 입력되는 명령 신호(CMD)에 응답하여 소거동작 및 소거 검증동작을 수행하기 위해 필요한 전압을 생성하기 위한 전압 제어 신호(VCON)를 출력하고, 동작의 종류에 따라 페이지 버퍼 그룹(140)에 포함된 페이지 버퍼들(PB1~PBk)을 제어하기 위한 PB 제어 신호(PBCON)를 출력한다. 또한, 제어회로(120)는 입출력 회로(160)를 통해 외부로부터 입력되는 어드레스 신호(ADD)에 응답하여 로우 어드레스 신호(RADD)와 컬럼 어드레스 신호(CADD)를 출력한다. The control circuit 120 outputs a voltage control signal VCON for generating a voltage necessary for performing an erase operation and an erase verify operation in response to a command signal CMD input from the outside through the input / output circuit 160 And outputs a PB control signal PBCON for controlling the page buffers PB1 to PBk included in the page buffer group 140 according to the type of operation. The control circuit 120 also outputs the row address signal RADD and the column address signal CADD in response to the address signal ADD input from the outside through the input / output circuit 160. [

제어회로(120)는 카운터(122)를 포함하여 메모리 셀들의 소거 동작의 수행 횟수를 카운팅한다. 일 실시예로서, 제어회로(120)는 메모리 셀들의 소거 동작 시 파이프 셀들의 소거 동작을 수행하도록 전압 제어 신호(VCON) 및 PB 제어 신호(PBCON)를 출력한다. 구체적으로 제어회로(120)는 메모리 셀들의 문턱전압을 감소시키고 제1 시간이 경과한 후에 파이프 셀들의 문턱전압을 감소시키도록 전압 제어 신호(VCON) 및 PB 제어 신호(PBCON)를 출력할 수 있다. 다른 실시예로서, 제어회로(120)는 메모리 셀들의 소거 동작의 수행 횟수에 기반하여 파이프 셀들의 소거 동작을 수행하도록 전압 제어 신호(VCON) 및 PB 제어 신호(PBCON)를 출력한다. 구체적으로 제어회로(120)는 메모리 셀들의 소거 동작의 수행 횟수가 미리 설정된 횟수에 도달하면 파이프 셀들의 소거 동작을 수행하도록 전압 제어 신호(VCON) 및 PB 제어 신호(PBCON)를 출력할 수 있다.The control circuit 120 includes a counter 122 to count the number of times the erase operation of the memory cells is performed. In one embodiment, the control circuit 120 outputs a voltage control signal VCON and a PB control signal PBCON to perform an erase operation of the pipe cells in the erase operation of the memory cells. Specifically, the control circuit 120 may output a voltage control signal VCON and a PB control signal PBCON to reduce the threshold voltage of the memory cells and decrease the threshold voltage of the pipe cells after a first time has elapsed . In another embodiment, the control circuit 120 outputs the voltage control signal VCON and the PB control signal PBCON to perform the erase operation of the pipe cells based on the number of times of performing the erase operation of the memory cells. Specifically, the control circuit 120 may output the voltage control signal VCON and the PB control signal PBCON so as to perform the erase operation of the pipe cells when the number of times of performing the erase operation of the memory cells reaches the preset number of times.

전압 공급 회로(130)는 제어회로(120)의 전압 제어 신호(VCON)에 응답하여 메모리 셀들 및 파이프 셀들의 소거 동작에 필요한 동작 전압들(Vop)을 선택된 메모리 블록의 드레인 셀렉트 라인(DSL), 워드라인들(WL1~WL8), 파이프 게이트(PG), 소스 셀렉트 라인(SSL), 소스 라인(SL)을 포함하는 로컬 라인들로 공급한다. The voltage supply circuit 130 responds to the voltage control signal VCON of the control circuit 120 to supply the operating voltages Vop necessary for erasing the memory cells and the pipe cells to the drain select line DSL, To the local lines including the word lines WL1 to WL8, the pipe gate PG, the source select line SSL and the source line SL.

구체적으로, 전압 공급 회로(130)는 채널층으로 핫홀을 공급하기 위해 메모리 셀들의 워드라인들(WL1~WL8) 및 파이프 셀의 파이프 게이트(PG)를 플로팅시킨 상태에서 소스라인(SL)에 핫홀 공급 전압을 인가한다. 일 실시예로서, 전압 공급 회로(130)는 채널층으로 핫홀이 공급되면, 소스라인(SL)에 소거전압을 인가한 후 워드라인들(WL1~WL8)을 디스차지하고, 일정 시간 후에 파이프 게이트(PG)를 디스차지한다. 다른 실시예로서, 전압 공급 회로(130)는 채널층으로 핫홀이 공급되면, 소스라인(SL)에 소거전압을 인가한 후 파이프 게이트(PG)를 디스차지한다. 이러한 전압 공급 회로(130)는 전압 생성 회로 및 로우 디코더를 포함한다. Specifically, the voltage supply circuit 130 applies a voltage to the source line SL in a state where the word lines WL1 to WL8 of the memory cells and the pipe gate PG of the pipe cell are floated to supply the hot holes to the channel layer, Supply voltage is applied. The voltage supply circuit 130 discharges the word lines WL1 to WL8 after applying the erase voltage to the source line SL when the hot holes are supplied to the channel layer, PG). In another embodiment, when the hot holes are supplied to the channel layer, the voltage supply circuit 130 discharges the pipe gate PG after applying the erase voltage to the source line SL. The voltage supply circuit 130 includes a voltage generation circuit and a row decoder.

전압 생성 회로는 제어회로(120)의 전압 제어 신호(VCON)에 응답하여 메모리 셀들 및 파이프 셀들의 소거 동작과 소거 검증동작에 필요한 동작 전압들을 글로벌 라인들로 출력한다.The voltage generation circuit outputs the operating voltages required for the erase operation and the erase verify operation of the memory cells and the pipe cells to the global lines in response to the voltage control signal VCON of the control circuit 120.

로우 디코더는 제어회로(120)의 로우 어드레스 신호들(RADD)에 응답하여, 전압 생성 회로에서 글로벌 라인들로 출력된 동작 전압들이 메모리 어레이(110)에서 선택된 메모리 블록의 로컬 라인들(DSL, WL1~WL8, PG, SSL, SL)로 전달될 수 있도록 글로벌 라인들과 로컬 라인들(DSL, WL1~WL8, PG, SSL, SL)을 연결한다. The row decoder responds to the row address signals RADD of the control circuit 120 so that the operating voltages output to the global lines in the voltage generating circuit are applied to the local lines DSL, WL1 of the selected memory block in the memory array 110 WL1 to WL8, PG, SSL, and SL so that they can be transferred to the global lines WL1 to WL8, PG, SSL, and SL.

페이지 버퍼 그룹(140)은 비트라인들(BL)을 통해 메모리 어레이(110)와 연결되는 다수의 페이지 버퍼들을 각각 포함한다. 페이지 버퍼 그룹(140)의 페이지 버퍼들은 제어회로(120)의 PB 제어 신호(PBCON)에 응답하여 메모리 셀들(C1~C8)에 데이터를 저장하기 위하여 입력되는 데이터에 따라 비트라인들(BL)을 선택적으로 프리차지하거나, 메모리 셀들(C1~C8)로부터 데이터를 독출하기 위하여 비트라인들(BL)의 전압을 센싱한다. 페이지 버퍼 그룹(140)은 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수(CS)를 제어회로(120)로 전송한다.The page buffer group 140 includes a plurality of page buffers connected to the memory array 110 via the bit lines BL. The page buffers of the page buffer group 140 respond to the PB control signal PBCON of the control circuit 120 to store the bit lines BL in accordance with the data inputted to store the data in the memory cells C1 to C8. Selectively precharges or senses the voltage of the bit lines BL to read data from the memory cells C1 to C8. The page buffer group 140 transmits the number of times of performing the erase operation (CS) of the memory cells to the control circuit 120.

컬럼 선택 회로(150)는 제어회로(120)에서 출력된 컬럼 어드레스 신호(CADD)에 응답하여 페이지 버퍼 그룹(140)에 포함된 페이지 버퍼들을 선택한다. 즉, 컬럼 선택 회로(150)는 메모리 셀들에 저장될 데이터를 컬럼 어드레스 신호(CADD)에 응답하여 순차적으로 페이지 버퍼들로 전달한다. 또한, 리드 동작에 의해 페이지 버퍼들에 래치된 메모리 셀들의 데이터가 외부로 출력될 수 있도록 컬럼 어드레스 신호(CADD)에 응답하여 순차적으로 페이지 버퍼들을 선택한다. The column selection circuit 150 selects the page buffers included in the page buffer group 140 in response to the column address signal CADD output from the control circuit 120. That is, the column selection circuit 150 sequentially transfers the data to be stored in the memory cells to the page buffers in response to the column address signal CADD. In addition, page buffers are sequentially selected in response to a column address signal (CADD) so that data of memory cells latched in page buffers can be output to the outside by a read operation.

입출력 회로(160)는 프로그램 동작 시 메모리 셀들에 저장하기 위해 외부로부터 입력된 데이터를 페이지 버퍼 그룹(140)으로 입력하기 위하여 제어회로(120)의 제어에 따라 데이터를 컬럼 선택 회로(150)에 전달한다. 컬럼 선택 회로(150)는 입출력 회로(160)로부터 전달된 데이터를 앞서 설명한 방식에 따라 페이지 버퍼 그룹(140)의 페이지 버퍼들로 전달하면 페이지 버퍼들은 입력된 데이터를 내부의 래치 회로에 저장한다. 또한, 리드 동작 시 입출력 회로(160)는 페이지 버퍼 그룹(140)의 페이지 버퍼들로부터 컬럼 선택 회로(150)를 통해 전달된 데이터를 외부로 출력한다.The input / output circuit 160 transmits data to the column selection circuit 150 under the control of the control circuit 120 in order to input data inputted from the outside into the page buffer group 140 for storage in memory cells during a program operation do. The column selection circuit 150 transfers the data transferred from the input / output circuit 160 to the page buffers of the page buffer group 140 according to the above-described method, and the page buffers store the input data in the internal latch circuits. In addition, during the read operation, the input / output circuit 160 outputs data transferred from the page buffers of the page buffer group 140 through the column selection circuit 150 to the outside.

3차원 메모리 스트링을 포함하는 반도체 소자의 구조를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The structure of the semiconductor device including the three-dimensional memory string will now be described in more detail.

도 3은 도 2의 회로를 구현한 메모리 블록의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 구체적으로, 도 3은 반도체 메모리 장치의 메모리 어레이에 포함된 메모리 블록의 사시도이며, 메모리 블록은 6*2개의 각각의 메모리 스트링(MS), 소스 셀렉트 트랜지스터(SST) 및 드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)를 포함한 경우를 도시한다.3 is a perspective view illustrating a structure of a memory block implementing the circuit of FIG. 3 is a perspective view of a memory block included in the memory array of the semiconductor memory device. The memory block includes 6 * 2 respective memory strings (MS), a source select transistor (SST) and a drain select transistor (DST) .

도 3을 참조하면, 메모리 블록에는 복수의 메모리 스트링(MS)이 제공된다. 각 메모리 스트링(MS)은 복수의 전기적으로 재기록이 가능한 메모리 셀들(C1~C8)을 포함하고, 메모리 셀들(C1~C8)은 직렬 연결된다. 메모리 스트링(MS)을 구성하는 메모리 셀들(C1~C8)은 복수의 반도체 층을 적층시켜 형성된다. 각 메모리 스트링(MS)은 채널층(SC), 워드 라인들(WL1-WL8) 및 파이프 게이트(PG)를 포함한다. 채널층(SC)은 U자형의 3차원 구조로 이루어질 수 있으며, 5가 불순물이 도핑된 폴리실리콘층으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a plurality of memory strings (MS) are provided in a memory block. Each memory string MS includes a plurality of electrically rewritable memory cells C1 to C8, and the memory cells C1 to C8 are connected in series. The memory cells C1 to C8 constituting the memory string MS are formed by stacking a plurality of semiconductor layers. Each memory string MS includes a channel layer SC, word lines WL1-WL8, and a pipe gate PG. The channel layer SC may have a U-shaped three-dimensional structure and may be formed of a polysilicon layer doped with a pentavalent impurity.

U자형 채널층(SC)은 행 방향에서 볼 때 U자형으로 형성된다. U자형 채널층(SC)은 반도체 기판(Ba)에 대해 실질적으로 수직방향으로 연장하는 한 쌍의 주상부들(columnar portions) 및 주상부들(CLa, CLb)의 하단부를 연결하도록 형성된 연결부(JP)를 포함한다. 주상부(CLa, CLb)는 원통 기둥형이나 각주형일 수 있다. 또한, 주상부(CLa, CLb)는 기둥형일 수 있다. 여기서, 행 방향은 적층 방향에 직각 방향이고, 후술하는 열 방향은 적층 방향과 행 방향에 직각 방향이다.The U-shaped channel layer SC is formed in a U shape when viewed in the row direction. The U-shaped channel layer SC has a pair of columnar portions extending in a substantially perpendicular direction to the semiconductor substrate Ba and a connecting portion JP formed to connect the lower ends of the columnar portions CLa and CLb . The columnar portions (CLa, CLb) may be cylindrical columns or each of the molds. The columnar portions CLa and CLb may be columnar. Here, the row direction is a direction perpendicular to the stacking direction, and the column direction described later is a direction perpendicular to the stacking direction and the row direction.

U자형 채널층(SC)은 한쌍의 주상부들(CLa, CLb)의 중심축들을 연결하는 선이 열 방향에 평행이 되도록 배치된다. 또한, U자형 채널층(SC)은 행 방향과 열 방향으로 형성되는 평면에 매트릭스를 형성하도록 배치된다.The U-shaped channel layer SC is arranged such that the lines connecting the central axes of the pair of columnar portions CLa and CLb are parallel to the column direction. In addition, the U-shaped channel layer SC is arranged to form a matrix in a plane formed in the row direction and the column direction.

각 층의 워드 라인들(WL1~WL8)은 행 방향에 평행으로 연장하는 형태를 갖는다. 각 층의 워드 라인(WL1~WL8)은 서로 절연되고 분리되고 열 방향으로 소정 피치를 갖는 선들로 반복적으로 형성된다. 워드 라인(WL1)은 워드 라인(WL8)과 동일 층에 형성된다. 마찬가지로, 워드 라인(WL2)은 워드 라인(WL7)과 동일 층에, 워드 라인(WL3)은 워드 라인(WL6)과 동일층에, 워드 라인(WL4)은 워드 라인(WL5)과 동일 층에 형성된다.The word lines WL1 to WL8 of each layer extend in parallel to the row direction. The word lines WL1 to WL8 of each layer are repeatedly formed with lines which are insulated and separated from each other and have a predetermined pitch in the column direction. The word line WL1 is formed on the same layer as the word line WL8. Similarly, the word line WL2 is formed in the same layer as the word line WL7, the word line WL3 is formed in the same layer as the word line WL6, and the word line WL4 is formed in the same layer as the word line WL5 do.

열 방향으로 동일 위치에 제공되고 행 방향으로 라인을 형성하는 메모리 셀들(C1~C8)의 게이트는 동일한 워드 라인들(WL1~WL8)에 각각 연결된다. 도시되지 않았지만, 각 워드 라인(WL1~WL8)의 행 방향의 단부는 계단형으로 형성된다. 각 워드라인(WL1-WL8)은 행 방향으로 일렬을 이루는 복수의 주상부를 둘러싸도록 형성된다.The gates of the memory cells C1 to C8 provided at the same position in the column direction and forming a line in the row direction are connected to the same word lines WL1 to WL8, respectively. Although not shown, the end portions in the row direction of each of the word lines WL1 to WL8 are formed in a stepped shape. Each of the word lines WL1 to WL8 is formed so as to surround a plurality of columnar portions arranged in a row in the row direction.

워드 라인들(WL1~WL8)과 주상부(CLa, CLb) 사이에 ONO(Oxide-Nitride-Oxide)층(미도시)이 형성된다. ONO층은 주상부(CLa, CLb)에 인접한 터널 절연층, 터널 절연층에 인접한 전하 저장층 및 전하 저장층에 인접한 블록킹 절연층을 포함한다. 전하 저장층은 종래의 플로팅 게이트와 같이 전하를 축적하는 기능을 한다. 상기 구성을 달리 표현하면, 전하 저장층은 주상부(CLa, CLb) 및 연결부(JP)의 표면 전체를 둘러싸도록 형성되고, 각 워드 라인들(WL1~WL8)은 전하 저장층을 둘러싸도록 형성된다.An oxide-nitride-oxide (ONO) layer (not shown) is formed between the word lines WL1 to WL8 and the columnar portions CLa and CLb. The ONO layer includes a tunnel insulating layer adjacent to the columnar portions CLa and CLb, a charge storage layer adjacent to the tunnel insulating layer, and a blocking insulating layer adjacent to the charge storage layer. The charge storage layer functions to accumulate charges like a conventional floating gate. In other words, the charge storage layer is formed so as to surround the entire surfaces of the columnar portions CLa and CLb and the connection portion JP, and the word lines WL1 to WL8 are formed to surround the charge storage layer .

드레인 셀렉트 트랜지스터(DST)는 주상 채널층(CLa) 및 드레인 셀렉트 라인(DSL)을 포함한다. 주상 채널층(CLa)은 기판(Ba)에 대해 수직 방향으로 연장하도록 형성된다.The drain select transistor DST includes a pillar-form channel layer CLa and a drain select line DSL. The columnar channel layer CLa is formed so as to extend in the direction perpendicular to the substrate Ba.

드레인 셀렉트 라인(DSL)은 워드 라인들 중 최상위의 워드 라인(WL8)의 위쪽으로 제공된다. 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 행 방향에 평행하게 연장하는 형태를 갖는다. 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 소스 셀렉트 라인(SSL)을 사이에 끼도록 열 방향으로 교대하는 소정 피치를 갖는 선들로 반복적으로 형성될 수 있다. 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 갭이 개재되어 행 방향으로 일렬로 된 복수의 주상 채널층(CLa) 각각을 둘러싸도록 형성된다.The drain select line DSL is provided above the uppermost word line WL8 of the word lines. The drain select line DSL has a shape extending parallel to the row direction. The drain select line DSL may be repeatedly formed with lines having a predetermined pitch alternating in the column direction so as to sandwich the source select line SSL therebetween. The drain select line DSL is formed so as to surround each of a plurality of columnar channel layers CLa in a line in the row with a gap interposed therebetween.

소스 셀렉트 트랜지스터(SST)는 주상 채널층(SLb) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)을 포함한다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 워드 라인들 중 최상위 워드 라인(WL1)의 위쪽으로 제공된다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 행 방향에 평행하게 연장하는 형태를 갖는다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 드레인 셀렉트 라인(DSL)을 사이에 끼도록 하는 열 방향으로 소정 피치를 갖는 선들로 반복적으로 형성될 수 있다. 소스 셀렉트 라인(SSL)은 갭이 개재되어 행 방향으로 일렬로 된 복수의 주상 채널층(CLb) 각각을 둘러싸도록 형성된다.The source select transistor SST includes a pillar-form channel layer SLb and a source select line SSL. The source select line SSL is provided above the most significant word line WL1 of the word lines. The source select line SSL has a shape extending in parallel to the row direction. The source select line SSL may be repeatedly formed with lines having a predetermined pitch in the column direction so as to sandwich the drain select line DSL therebetween. The source select line SSL is formed so as to surround each of the plurality of columnar channel layers CLb in a line in the row with a gap interposed therebetween.

파이프 게이트(PG)는 복수의 연결부(JP)의 하부를 덮도록 행 방향 및 열 방향으로 2차원적으로 연장하여 형성된다.The pipe gate PG is formed so as to extend two-dimensionally in the row direction and the column direction so as to cover the lower portion of the plurality of connection parts JP.

주상 채널층(CLb)은 열 방향으로 인접하여 형성된다. 한 쌍의 주상 채널층(CLb)의 상단부는 소스 라인(SL)과 연결된다. 소스 라인(SL)은 한 쌍의 주상 채널층들(CLb)에 공통으로 연결된다.The columnar channel layers CLb are formed adjacent to each other in the column direction. The upper ends of the pair of columnar channel layers CLb are connected to the source line SL. The source line SL is connected in common to the pair of pillar channel layers CLb.

비트 라인들(BL)은 주상 채널층들(CLa)의 상단부에 형성되고 플러그(PL)를 통해 주상 채널층(CLa)들과 연결될 수 있다. 각 비트 라인(BL)은 소스 라인(SL) 위쪽으로 배치되도록 형성된다. 각 비트 라인(BL)은 열 방향으로 연장하고 행 방향으로 소정 간격을 갖는 선들로 반복적으로 형성된다.The bit lines BL may be formed at the upper end of the columnar channel layers CLa and may be connected to the columnar channel layers CLa via the plug PL. Each bit line BL is formed to be arranged above the source line SL. Each bit line BL is repeatedly formed in lines extending in the column direction and having a predetermined interval in the row direction.

2차원 구조의 메모리 스트링 구조에서는 소거 동작 시 P웰에 20V정도의 고전압을 인가하면 P웰과 플로팅 게이트 사이의 높은 전압차에 의해 메모리 셀들의 플로팅 게이트에 저장됐던 전자들이 P웰로 방출되어 메모리 셀들이 소거됐다. 하지만, 3차원 구조의 메모리 스트링에서는 다른 방법으로 소거 동작이 실시된다.In the memory string structure of the two-dimensional structure, when a high voltage of about 20 V is applied to the P well in the erase operation, electrons stored in the floating gate of the memory cells due to a high voltage difference between the P well and the floating gate are discharged to the P well, It was erased. However, in the memory string of the three-dimensional structure, an erasing operation is performed in another method.

도 4는 도 3에 도시된 메모리 스트링의 동작을 설명하기 위한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating the operation of the memory string shown in FIG.

도 4를 참조하면, 도 3에서 설명한 바와 같이, 워드 라인들(WL1~WL8)과 채널층(SC) 사이에 터널 절연층(Tox), 전하 저장층(CT) 및 블록 절연층(Box)을 포함하는 ONO층이 형성된다. 전하 저장층(CT)은 질화막으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, a tunnel insulating layer Tox, a charge storage layer CT, and a block insulating layer Box are formed between the word lines WL1 to WL8 and the channel layer SC, An ONO layer is formed. The charge storage layer CT may be formed of a nitride film.

한편, 채널층(SC)에 충분한 전하가 존재하지 않아 높은 전위차를 발생시킬 수 없기 때문에, 전하 저장층(CT)에 트랩된 전자들이 방출시켜 메모리 셀들을 소거시키기가 어렵다. 충분한 시간이 경과하면 홀페어(Hole-pair)가 형성되어 전하 저장층(CT)의 전자들이 방출될 수 있지만 수 초 이상의 시간이 필요하므로 사용자가 요구하는 스펙을 벗어나게 된다. On the other hand, since there is not enough charge in the channel layer SC and high potential difference can not be generated, it is difficult to erase the memory cells by discharging electrons trapped in the charge storage layer CT. When a sufficient time has elapsed, a hole-pair may be formed and electrons of the charge storage layer (CT) may be emitted. However, the time required for several seconds or more is required,

이러한 문제점을 해결하고자 강제적으로 소스 라인(SL)과 소스 셀렉트 라인(SSL)에 인가되는 전압을 조절하여 GIDL(gate induced drain leakage) 현상을 발생시키면, 충분한 핫 홀(Hot Hole)이 유입되어 높은 전계를 형성할 수 있으며, 그 결과 전하 저장층(CT)의 전자들이 방출되어 메모리 셀들이 소거될 수 있다. In order to solve such a problem, when a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon is generated by regulating the voltage applied to the source line SL and the source select line SSL, a sufficient hot hole is introduced, And as a result, electrons of the charge storage layer CT may be emitted to erase the memory cells.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 파형도이다.5 is a waveform diagram for explaining a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 메모리 셀들의 소거 동작 시 파이프 셀의 소거 동작을 수행한다.An operation method of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention performs an erase operation of a pipe cell in an erase operation of memory cells.

도 5를 참조하면, 구간 T1~T2에서 핫홀 공급 동작이 수행된다. 전압 공급 회로는 워드라인들(WL)을 플로팅 상태로 설정하고 소스 셀렉트 라인(SSL)에 접지 전압을 인가한다. 그리고, 소스 라인(SL)에 핫홀 공급 전압(V1)을 인가하면, GIDL 전류에 의해 핫홀들(h)이 채널층(SC)으로 공급된다. 핫홀들(h)에 의해 비트라인(BL)의 전위가 상승한다. 전압 공급 회로는 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 파이프 게이트(PG)에는 접지 전압을 인가한다.Referring to FIG. 5, a hot hole supplying operation is performed in the sections T1 to T2. The voltage supply circuit sets the word lines WL to the floating state and applies the ground voltage to the source select line SSL. When the hot-hole supply voltage V1 is applied to the source line SL, the hot holes h are supplied to the channel layer SC by the GIDL current. The potential of the bit line BL rises by the hot holes h. The voltage supply circuit applies a ground voltage to the drain select line (DSL) and the pipe gate (PG).

핫홀들(h)이 채널층(SC)으로 주입되면, 구간 T3~T9에서 메모리 셀들 및 파이프 셀의 문턱전압이 감소된다. 구간 T3~T4에서 제어회로는 소스 셀렉트 라인(SSL)이 플로팅 상태가 되고 소스 라인(SL)에 소거 전압(V2)이 인가되도록 전압 공급 회로를 제어한다. 소거 전압(V2)이 인가되면 플로팅 상태의 소스 셀렉트 라인(SSL)과 워드라인들(WL1~WL8)의 전압이 커패시터 커플링 현상에 의해 상승한다. 제어회로는 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 파이프 게이트(PG)가 플로팅 상태가 되도록 전압 공급 회로를 제어한다. When the hot holes h are injected into the channel layer SC, the threshold voltages of the memory cells and the pipe cells in the period T3 to T9 are reduced. In the period T3 to T4, the control circuit controls the voltage supply circuit such that the source select line SSL is in the floating state and the erase voltage V2 is applied to the source line SL. When the erase voltage V2 is applied, the voltages of the source select line SSL and the word lines WL1 to WL8 in the floating state rise due to the capacitor coupling phenomenon. The control circuit controls the voltage supply circuit such that the drain select line (DSL) and the pipe gate (PG) are in a floating state.

이어서, 구간 T5~T6 동안 전압 공급 회로가 워드라인들(WL1~WL8)을 디스차지(예: 접지 전압 인가)하면 워드라인들(WL1~WL8)과 채널층(SC) 사이의 전압차가 충분히 크게 증가하여, 워드라인들(WL1~WL8)의 전하 저장층(CT)에 트랩된 전자들이 채널층(SC)으로 방출된다. Subsequently, when the voltage supply circuit discharges (e.g., ground voltage) the word lines WL1 to WL8 during the period T5 to T6, the voltage difference between the word lines WL1 to WL8 and the channel layer SC becomes sufficiently large And the electrons trapped in the charge storage layer CT of the word lines WL1 to WL8 are emitted to the channel layer SC.

이어서, 구간 T7~T8 동안 전압 공급 회로가 파이프 게이트(PG)를 디스차지(예: 접지 전압 인가)하면 파이프 게이트(PG)와 채널층(SC) 사이의 전압차가 충분히 크게 증가하여, 파이프 게이트(PG)의 전하 저장층(CT)에 트랩된 전자들이 채널층(SC)으로 방출된다. Subsequently, when the voltage supply circuit discharges the pipe gate PG (for example, ground voltage) during the period T7 to T8, the voltage difference between the pipe gate PG and the channel layer SC increases sufficiently so that the pipe gate Electrons trapped in the charge storage layer CT of the charge storage layer PG are emitted to the channel layer SC.

이후, 구간 T9 에서 소거 전압(V2)의 공급을 중단하고, 소거 동작이 완료된다.Thereafter, the supply of the erase voltage V2 is stopped in the period T9, and the erase operation is completed.

앞서 설명한 바와 같이 파이프 셀(PC)은 메모리 셀들과 동일한 구조로 이루어진다. 따라서 메모리 셀들의 프로그램 동작 수행 횟수가 증가할수록 파이프 셀의 전하 저장층(CT)에 트랩된 전자들의 개수가 증가하여 파이프 셀의 문턱전압이 상승한다. 그러나 메모리 셀들과 달리 파이프 셀(PC)에 대해서는 소거 동작이 수행되지 않기 때문에 프로그램 동작 수행 횟수가 증가될수록 파이프 셀(PC)이 열화됨으로 인해 문제가 발생할 가능성이 커진다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법에서는 메모리 셀들의 소거 동작을 수행하는 동안 파이프 셀의 소거 동작을 함께 수행하여 파이프 셀의 문턱전압을 감소시킴으로써 메모리 셀의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 셀 커런트를 충분히 확보할 수 있다.As described above, the pipe cell PC has the same structure as the memory cells. Therefore, as the number of times of performing the program operation of the memory cells increases, the number of electrons trapped in the charge storage layer CT of the pipe cell increases and the threshold voltage of the pipe cell rises. However, unlike the memory cells, since the erase operation is not performed on the pipe cell PC, there is a greater possibility that problems occur due to deterioration of the pipe cell PC as the number of program operation times is increased. Therefore, in the method of operating the semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, the erase operation of the pipe cell is performed during the erase operation of the memory cells to reduce the threshold voltage of the pipe cell, And the cell current can be sufficiently secured.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 파형도이다.6 is a waveform diagram for explaining a method of operating a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수를 카운팅하고, 카운팅된 소거 동작 수행 횟수가 설정된 횟수에 도달하면 파이프 셀의 소거 동작을 수행한다.A method of operating a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention counts the number of times of performing an erase operation of memory cells and performs an erase operation of a pipe cell when the counted number of erase operations reaches a set number of times.

도 6을 참조하면, 구간 T1~T2에서 핫홀 공급 동작이 실시된다. 전압 공급 회로는 워드라인들(WL) 및 파이프 게이트(PG)를 플로팅 상태로 설정하고 소스 셀렉트 라인(SSL)에 접지 전압을 인가한다. 그리고, 소스 라인(SL)에 핫홀 공급 전압(V1)을 인가하면, GIDL 전류에 의해 핫홀들(h)이 채널층(SC)으로 공급된다. 핫홀들(h)에 의해 비트라인(BL)의 전위가 상승한다. 전압 공급 회로는 드레인 셀렉트 라인(DSL)에는 접지 전압을 인가한다.Referring to FIG. 6, a hot hole supplying operation is performed in the sections T1 to T2. The voltage supply circuit sets the word lines WL and the pipe gate PG to the floating state and applies the ground voltage to the source select line SSL. When the hot-hole supply voltage V1 is applied to the source line SL, the hot holes h are supplied to the channel layer SC by the GIDL current. The potential of the bit line BL rises by the hot holes h. The voltage supply circuit applies a ground voltage to the drain select line (DSL).

핫홀들(h)이 채널층(SC)으로 주입되면, 구간 T3~T7에서 파이프 셀의 문턱전압이 감소된다. 구간 T3~T4에서 제어회로는 소스 셀렉트 라인(SSL)이 플로팅 상태가 되고 소스 라인(SL)에 소거 전압(V2)이 인가되도록 전압 공급 회로를 제어한다. 소거 전압(V2)이 인가되면 플로팅 상태의 소스 셀렉트 라인(SSL), 워드라인들(WL1~WL8), 및 파이프 게이트(PG)의 전압이 커패시터 커플링 현상에 의해 상승한다. 제어회로는 드레인 셀렉트 라인(DSL)이 플로팅 상태가 되도록 전압 공급 회로를 제어한다. When the hot holes h are injected into the channel layer SC, the threshold voltage of the pipe cell decreases in the period T3 to T7. In the period T3 to T4, the control circuit controls the voltage supply circuit such that the source select line SSL is in the floating state and the erase voltage V2 is applied to the source line SL. When the erase voltage V2 is applied, the voltages of the source select line SSL, the word lines WL1 to WL8, and the pipe gate PG in the floating state rise due to the capacitor coupling phenomenon. The control circuit controls the voltage supply circuit so that the drain select line (DSL) becomes a floating state.

이어서, 구간 T5~T6 동안 전압 공급 회로가 파이프 게이트(PG)를 디스차지(예: 접지 전압 인가)하면 파이프 게이트(PG)와 채널층(SC) 사이의 전압차가 충분히 크게 증가하여, 파이프 게이트(PG)의 전하 저장층(CT)에 트랩된 전자들이 채널층(SC)으로 방출된다. 이후, 구간 T7 에서 소거 전압(V2)의 공급을 중단하고, 소거 동작이 완료된다.Subsequently, when the voltage supply circuit discharges the pipe gate PG (for example, ground voltage) during the period T5 to T6, the voltage difference between the pipe gate PG and the channel layer SC increases sufficiently so that the pipe gate Electrons trapped in the charge storage layer CT of the charge storage layer PG are emitted to the channel layer SC. Thereafter, the supply of the erase voltage V2 is stopped in the period T7, and the erase operation is completed.

제어회로는 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수를 카운팅하기 위한 카운터를 포함한다. 제어회로는 카운팅된 소거 동작 수행 횟수에 기반하여 파이프 셀의 소거 동작을 수행하도록 전압 공급 회로를 제어한다. 구체적으로, 제어회로는 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수가 미리 설정된 횟수에 도달하면 파이프 셀의 소거 동작을 수행하도록 전압 공급 회로를 제어할 수 있다. The control circuit includes a counter for counting the number of times the erase operation of the memory cells is performed. The control circuit controls the voltage supply circuit so as to perform the erase operation of the pipe cell based on the number of times of performing the counted erase operation. Specifically, the control circuit can control the voltage supply circuit to perform the erase operation of the pipe cell when the number of times of performing the erase operation of the memory cells reaches a preset number of times.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수에 근거하여 파이프 셀의 소거 동작을 수행함으로써 셀 커런트를 안정적으로 유지할 수 있고, 프로그램 동작의 반복 수행으로 인해 파이프 셀이 열화되어 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.As described above, in the method of operating the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, the cell current can be stably maintained by performing the erase operation of the pipe cell based on the number of times of performing the erase operation of the memory cells, Which is caused by deterioration of the pipe cell.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템을 간략히 보여주는 블록도이다. 7 is a simplified block diagram of a memory system in accordance with an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템(600)은 불휘발성 메모리 장치(620)와 메모리 컨트롤러(610)를 포함한다.Referring to FIG. 7, a memory system 600 according to an embodiment of the present invention includes a non-volatile memory device 620 and a memory controller 610.

불휘발성 메모리 장치(620)는 메모리 컨트롤러(610)와의 호환성을 위해 앞서 설명한 반도체 메모리 장치로 구성되고 앞서 설명한 방법으로 동작될 수 있다. 메모리 컨트롤러(610)는 불휘발성 메모리 장치(620)를 제어하도록 구성될 것이다. 불휘발성 메모리 장치(620)와 메모리 컨트롤러(610)의 결합에 의해 메모리 카드 또는 반도체 디스크 장치(Solid State Disk: SSD)로 제공될 수 있을 것이다. SRAM(611)은 프로세싱 유닛(612)의 동작 메모리로써 사용된다. 호스트 인터페이스(613)는 메모리 시스템(600)과 접속되는 호스트의 데이터 교환 프로토콜을 구비한다. 에러 정정 블록(614)은 불휘발성 메모리 장치(620)로부터 독출된 데이터에 포함되는 에러를 검출 및 정정한다. 메모리 인터페이스(615)는 본 발명의 불휘발성 메모리 장치(620)와 인터페이싱 한다. 프로세싱 유닛(612)은 메모리 컨트롤러(610)의 데이터 교환을 위한 제반 제어 동작을 수행한다.For compatibility with the memory controller 610, the nonvolatile memory device 620 may be constructed of the above-described semiconductor memory device and operated in the manner described above. The memory controller 610 will be configured to control the non-volatile memory device 620. [ May be provided as a memory card or a solid state disk (SSD) by the combination of the nonvolatile memory device 620 and the memory controller 610. The SRAM 611 is used as an operation memory of the processing unit 612. [ The host interface 613 has a data exchange protocol of a host connected to the memory system 600. The error correction block 614 detects and corrects errors included in data read from the nonvolatile memory device 620. The memory interface 615 interfaces with the nonvolatile memory device 620 of the present invention. The processing unit 612 performs all the control operations for exchanging data of the memory controller 610.

비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 메모리 시스템(600)은 호스트(Host)와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 ROM(미도시됨) 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. 불휘발성 메모리 장치(620)는 복수의 플래시 메모리 칩들로 구성되는 멀티-칩 패키지로 제공될 수도 있다. 이상의 본 발명의 메모리 시스템(600)은 에러의 발생 확률이 낮은 고신뢰성의 저장 매체로 제공될 수 있다. 특히, 최근 활발히 연구되고 있는 반도체 디스크 장치(Solid State Disk: 이하 SSD)와 같은 메모리 시스템에서 본 발명의 플래시 메모리 장치가 구비될 수 있다. 이 경우, 메모리 컨트롤러(610)는 USB, MMC, PCI-E, SATA, PATA, SCSI, ESDI, 그리고 IDE 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 하나를 통해 외부(예를 들면, 호스트)와 통신하도록 구성될 것이다.Although it is not shown in the drawing, the memory system 600 according to the present invention may be further provided with a ROM (not shown) or the like for storing code data for interfacing with a host, To those who have learned. The non-volatile memory device 620 may be provided in a multi-chip package comprising a plurality of flash memory chips. The memory system 600 of the present invention can be provided as a highly reliable storage medium with a low probability of occurrence of errors. In particular, the flash memory device of the present invention can be provided in a memory system such as a solid state disk (SSD) which has been actively studied recently. In this case, the memory controller 610 is configured to communicate with an external (e.g., host) through one of various interface protocols such as USB, MMC, PCI-E, SATA, PATA, SCSI, ESDI, will be.

도 8은 앞서 설명된 다양한 실시예들에 따라 프로그램 동작을 수행하는 퓨전 메모리 장치 또는 퓨전 메모리 시스템을 간략히 보여주는 블록도이다. 예를 들면, 퓨전 메모리 장치로서 원낸드 플래시 메모리 장치(700)에 본 발명의 기술적 특징이 적용될 수 있다.8 is a block diagram briefly showing a fusion memory device or a fusion memory system that performs program operation in accordance with various embodiments described above. For example, the technical features of the present invention can be applied to a one-nAND flash memory device 700 as a fusion memory device.

원낸드 플래시 메모리 장치(700)는 서로 다른 프로토콜을 사용하는 장치와의 각종 정보 교환을 위한 호스트 인터페이스(710)와, 메모리 장치를 구동하기 위한 코드를 내장하거나 데이터를 일시적으로 저장하는 버퍼 램(720)과, 외부에서 주어지는 제어 신호와 명령어에 응답하여 읽기와 프로그램 및 모든 상태를 제어하는 제어부(730)와, 명령어와 어드레스, 메모리 장치 내부의 시스템 동작 환경을 정의하는 설정(Configuration) 등의 데이터가 저장되는 레지스터(740) 및 불휘발성 메모리 셀과 페이지 버퍼를 포함하는 동작 회로로 구성된 낸드 플래시 셀 어레이(750)를 포함한다. 호스트로부터의 쓰기 요청에 응답하여 원낸드 플래시 메모리 장치는 앞서 설명한 방식에 따라 데이터를 프로그램하게 된다.The one-NAND flash memory device 700 includes a host interface 710 for exchanging various information with devices using different protocols, a buffer RAM 720 for embedding codes for driving the memory devices or temporarily storing data, A control unit 730 for controlling read, program and all states in response to control signals and commands issued from the outside, a command and address, and a configuration for defining a system operating environment in the memory device And a NAND flash cell array 750 composed of an operation circuit including a nonvolatile memory cell and a page buffer. In response to a write request from the host, the OneNAND flash memory device programs the data according to the manner described above.

도 9에는 본 발명에 따른 플래시 메모리 장치(812)를 포함한 컴퓨팅 시스템이 개략적으로 도시되어 있다.9, a computing system including a flash memory device 812 according to the present invention is schematically illustrated.

본 발명에 따른 컴퓨팅 시스템(800)은 시스템 버스(860)에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서(820), 램(830), 사용자 인터페이스(840), 베이스밴드 칩셋(Baseband chipset)과 같은 모뎀(850) 및 메모리 시스템(810)을 포함한다. 본 발명에 따른 컴퓨팅 시스템(800)이 모바일 장치인 경우, 컴퓨팅 시스템(800)의 동작 전압을 공급하기 위한 배터리(미도시됨)가 추가적으로 제공될 것이다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 컴퓨팅 시스템(800)에는 응용 칩셋(Application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 모바일 디램, 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. 메모리 시스템(810)은, 예를 들면, 데이터를 저장하는 데 불휘발성 메모리를 사용하는 SSD(Solid State Drive/Disk)를 구성할 수 있다. 또는, 메모리 시스템(810)은, 퓨전 플래시 메모리(예를 들면, 원낸드 플래시 메모리)로 제공될 수 있다.A computing system 800 in accordance with the present invention includes a microprocessor 820 electrically coupled to a system bus 860, a RAM 830, a user interface 840, a modem 850 such as a baseband chipset, Memory system 810. When the computing system 800 according to the present invention is a mobile device, a battery (not shown) for supplying the operating voltage of the computing system 800 will additionally be provided. Although it is not shown in the drawing, it is to be appreciated that the computing system 800 in accordance with the present invention may be further provided with application chipsets, camera image processors (CIS), mobile DRAMs, It is obvious to those who have acquired knowledge. The memory system 810 may comprise, for example, a solid state drive / disk (SSD) using nonvolatile memory to store data. Alternatively, the memory system 810 may be provided as a fusion flash memory (e.g., a one-nAND flash memory).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

110: 메모리 120: 제어회로
130: 전압 공급 회로 140: 페이지 버퍼 그룹
150: 컬럼 선택 회로 160: 입출력 회로
110: memory 120: control circuit
130: voltage supply circuit 140: page buffer group
150: column selection circuit 160: input / output circuit

Claims (17)

파이프 셀 및 상기 파이프 셀로부터 수직방향으로 비트라인과 상기 파이프 셀 사이 그리고 소스라인과 상기 파이프 셀 사이에 직렬로 배열된 메모리 셀들을 포함하고 U자형의 3차원 구조로 이루어진 채널층을 갖는 메모리 스트링; 및
상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하도록 구성된 주변회로를 포함하는 반도체 메모리 장치.
A memory string having a pipe cell and a channel layer having a U-shaped three-dimensional structure including memory cells arranged in series between the bit line and the pipe cell and between the source line and the pipe cell in a vertical direction from the pipe cell; And
And a peripheral circuit configured to perform an erase operation of the pipe cell.
제1항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 메모리 셀들의 소거 동작 시 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하도록 구성된 반도체 메모리 장치.
2. The integrated circuit of claim 1,
And to perform an erase operation of the pipe cell in an erasing operation of the memory cells.
제2항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 메모리 셀들의 문턱전압을 감소시키고 제1 시간이 경과한 후에 상기 파이프 셀의 문턱전압을 감소시키도록 구성된 반도체 메모리 장치.
3. The method of claim 2, wherein the peripheral circuitry
And to reduce the threshold voltage of the memory cells and to decrease the threshold voltage of the pipe cell after a first time has elapsed.
제1항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수에 기반하여 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하도록 구성된 반도체 메모리 장치.
2. The integrated circuit of claim 1,
And perform an erase operation of the pipe cell based on the number of times of performing the erase operation of the memory cells.
제4항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수를 카운팅하기 위한 카운터를 포함하는 반도체 메모리 장치.
5. The method of claim 4, wherein the peripheral circuitry
And a counter for counting the number of erase operations of the memory cells.
제1항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 채널층으로 핫홀을 공급하여 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 반도체 메모리 장치.
2. The integrated circuit of claim 1,
And a hot hole is supplied to the channel layer to perform an erase operation of the pipe cell.
제6항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 채널층으로 핫홀을 공급하기 위해 상기 메모리 셀들의 워드라인들 및 상기 파이프 셀의 파이프 게이트를 플로팅시킨 상태에서 상기 소스라인에 핫홀 공급 전압을 인가하도록 구성된 반도체 메모리 장치.
7. The method of claim 6, wherein the peripheral circuitry
And to apply a hot-hole supply voltage to the source line while floating the word lines of the memory cells and the pipe gate of the pipe cell to supply hot holes to the channel layer.
제7항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 채널층으로 핫홀이 공급되면, 상기 소스라인에 소거전압을 인가한 후 상기 파이프 게이트를 디스차지하도록 구성된 반도체 메모리 장치.
8. The method of claim 7, wherein the peripheral circuitry
And when the hot hole is supplied to the channel layer, discharges the pipe gate after applying an erase voltage to the source line.
제8항에 있어서, 상기 주변회로는
상기 파이프 게이트를 디스차지하기 제1 시간 전에 상기 워드라인들을 디스차지하도록 구성된 반도체 메모리 장치.
9. The method of claim 8,
And to discharge the word lines a first time before discharging the pipe gates.
파이프 셀 및 상기 파이프 셀로부터 수직방향으로 비트라인과 상기 파이프 셀 사이 그리고 소스라인과 상기 파이프 셀 사이에 직렬로 배열된 메모리 셀들을 포함하고 U자형의 3차원 구조로 이루어진 채널층을 갖는 메모리 스트링이 제공되는 단계; 및
상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
A memory string having a pipe cell and a channel layer comprising a U-shaped three-dimensional structure including memory cells arranged in series between the bit line and the pipe cell and between the source line and the pipe cell in a vertical direction from the pipe cell, A provided step; And
And performing an erase operation of the pipe cell.
제10항에 있어서, 상기 메모리 셀들의 소거 동작 수행 횟수를 카운팅하는 단계를 더 포함하고,
상기 소거 동작 수행 횟수가 설정된 횟수에 도달하면 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10, further comprising counting the number of times the erase operation is performed on the memory cells,
Wherein the erase operation of the pipe cell is performed when the number of times of performing the erase operation reaches a preset number of times.
제10항에 있어서, 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 단계는
상기 메모리 스트링의 채널층으로 핫홀을 공급하는 단계; 및
상기 핫홀이 공급되면, 상기 파이프 셀의 문턱전압을 감소시키는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10, wherein performing an erase operation of the pipe cell comprises:
Supplying a hot hole to a channel layer of the memory string; And
And reducing the threshold voltage of the pipe cell when the hot hole is supplied.
제12항에 있어서, 상기 핫홀을 공급하는 단계는
상기 메모리 셀들의 워드라인들 및 상기 파이프 셀의 파이프 게이트를 플로팅시킨 상태에서 상기 소스라인에 핫홀 공급 전압을 인가하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
13. The method of claim 12, wherein supplying the hot holes comprises:
Applying a hot-hole supply voltage to the source line while floating the word lines of the memory cells and the pipe gate of the pipe cell.
제12항에 있어서, 상기 파이프 셀의 문턱전압을 감소시키는 단계는
상기 소스라인에 소거전압을 인가하는 단계; 및
상기 파이프 게이트를 디스차지하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
13. The method of claim 12, wherein reducing the threshold voltage of the pipe cell comprises:
Applying an erase voltage to the source line; And
And discharging the pipe gate.
제10항에 있어서, 상기 메모리 셀들의 소거 동작 시 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10, wherein the erasing operation of the pipe cell is performed during the erasing operation of the memory cells.
제15항에 있어서, 상기 메모리 셀들의 소거 동작 시 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 단계는
상기 메모리 스트링의 채널층으로 핫홀을 공급하는 단계;
상기 핫홀이 공급되면, 상기 메모리 셀들의 문턱전압을 감소시키는 단계; 및
상기 메모리 셀들의 문턱전압을 감소되고 제1 시간 후에 상기 파이프 셀의 문턱전압을 감소시키는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
16. The method of claim 15, wherein performing an erase operation on the pipe cell during an erase operation of the memory cells comprises:
Supplying a hot hole to a channel layer of the memory string;
Reducing the threshold voltage of the memory cells when the hot holes are supplied; And
Reducing the threshold voltage of the memory cells and reducing the threshold voltage of the pipe cell after a first time.
제15항에 있어서, 상기 메모리 셀들의 소거 동작 시 상기 파이프 셀의 소거 동작을 수행하는 단계는
상기 메모리 스트링의 채널층으로 핫홀을 공급하는 단계;
상기 핫홀이 공급되면, 상기 소스라인에 소거전압을 인가하는 단계;
상기 메모리 셀들의 워드라인을 디스차지하는 단계; 및
상기 메모리 셀들의 워드라인을 디스차지하고 제1 시간 후에 상기 파이프 게이트를 디스차지하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
16. The method of claim 15, wherein performing an erase operation on the pipe cell during an erase operation of the memory cells comprises:
Supplying a hot hole to a channel layer of the memory string;
Applying an erase voltage to the source line when the hot hole is supplied;
Discharging the word lines of the memory cells; And
Discharging the word line of the memory cells and discharging the pipe gate after a first time.
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